DE2911269C2 - Verwendung von Thermoplasten zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten im Extrusionsverfahren - Google Patents

Verwendung von Thermoplasten zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten im Extrusionsverfahren

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DE2911269C2 DE2911269A DE2911269A DE2911269C2 DE 2911269 C2 DE2911269 C2 DE 2911269C2 DE 2911269 A DE2911269 A DE 2911269A DE 2911269 A DE2911269 A DE 2911269A DE 2911269 C2 DE2911269 C2 DE 2911269C2
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Description

-{Ar1 —A]^
(Π)
bedeutet, in der Ar' ein zweiwertiger Phenylrest, A ein zweiwertiger Rest aus der Gruppe — SO2 —, -CO-, -NH-CO-,-CO-NH-und ml oder 2 sowie π eine ganze Zahl von 50 bis 150 sein kann, zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten im Extrusionsverfahren.
nicht bis auf die Metalloberfläche durchgehen, eine gewisse Beeinträchtigung einiger Eigenschaften der Wickeldrähte darstellen.
Polyamide wie z. B. das in Beispiel 2 obengen. Anmeldung erwähnte 6,6-Polyamid weisen diese Rißbil dungstendenz zwar nicht auf, jedoch ist insbesondere die Erweichungstemperatur der beschichteten Drähte für einige Anwendungen zu niedrig.
Der im folgenden des öfteren verwendete Ausdruck »Erweichungstemperatur« ist im übrigen nicht identisch mit der zur Charakterisierung des Erweichungsverhaltens von Polymeren üblicherweise ermittelten Größe. Es handelt sich vielmehr um eine Messung an beschichteten Drähten (siehe DIN 46 4S3, Teil 1, Abschnitt 10). Als Trivialbezeichnung ist auch der Ausdruck »Wärmedruck« üblich.
Auch die araliphatischen Polyamide gemäß der zweiten obengen. älteren Anmeldung lassen eine derartige Rißbildungstendenz nicht erkennen.
Die für alle Polyamide charakteristische relative hohe Feuchtigkeitsaufnahme kann sich jedoch auch bei dieser speziellen Polyamid-Gruppe für bestimmte Anwendungen nachteilig auswirken.
Es war keineswegs vorauszusehen und wurde überraschenderweise gefunden, daß amorphe Polyäthcrsulfphone der allgemeinen Formel
Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf den in dem Patentanspruch beschriebenen Erfindungsgegenstand.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Herstellung von verbesserten isolierten Wickeldrähten nach dem Extrusionsverfahren.
Die Herstellung isolierter Wickeldrähte (sog. Lackdrähte) durch Extrusion von Thermoplasten wurde bereits in der DE-OS 26 38 763 und einer weiteren älteren Anmeldung beschrieben.
Diese von der Anmelderin bzw. unter Mitwirkung der Anmelderin getätigten Patentanmeldungen leisteten einen entscheidenden Beitrag zur Überwindung des Vorurteils, die Erzielung derart dünner Isolierschichten, wie sie laut DIN 46 435 für Wickeldrähte gefordert werden, sei nicht möglich.
Vor Einreichung der obengen. älteren Anmeldungen fand die Extrusion von Thermoplasten ausschließlich Anwendung in der Kabelindustrie zur dickwandigen Ummantelung elektrischer Leiterbündel sowie zur Herstellung von Leitungsdrähten.
Beide Anmeldungen beziehen sich auf teilkristalline ihermoplastische Polykondensate, DE-OS 26 38 763 auf solche mit Kristallilschmelzpunkten oberhalb 17O0C, vorzugsweise oberhalb 250"C, die zweite Anmeldung auf spezielle Polyamide mit Kristallitschmelzpunkten von mindestens 280°C.
Nachteilig bei den teilkristallinen Polykondensaten gemäß DE-OS 26 38 763, insbes. bei Polyethylenterephthalat gemäß Beispiel 1 und Polyphenylensulfid gemäß Beispiel 3 ist - wie erst neuerdings festgestellt wurde — die Neigung der Thermoplastbeschichtung zur bo Rißbildung.
Nach einer Lagerzeit von wenigen Tagen bis zu mehreren Wochen bilden sich vorzugsweise nach dem Umspulen der beschichteten Drähte oberflächlich feine, konzentrisch verlaufende Risse aus, die offenbar auf nachträgliche Kristallisation- und damit Schrumpfungsprozesse der Polymeren zurückzuführen sind.
Es liegt auf der Hand, daß diese Risse, auch wenn sie
in der Ar einen zweiwertigen Phenylen-, Diphenylen- oder Naphthylenrest oder einen zweiwertigen Rest der Formel II
-{Ar1 —A]-Ar-
(Π)
bedeutet, in der Ar' ein zweiwertiger Phenylrest, A ein zweiwertiger Rest aus der Gruppe — SO2 —, —CO — , -NH-CO-, -CO-NH- und m 1 oder 2 sowie η eine ganze Zahl von 50 bis 150 sein kann, zur Herstellung von isolierten Wickeldrähten im Extrusionsverfahren hervorragend geeignet sind. Die beschichteten Drähte zeigen keinerlei Neigung zur Rißbildung im obenbeschriebenen Sinne und deren Eigenschaftsniveau sowohl in thermischer und dielektrischer Hinsicht ist, wie aus der Eigenschaftstabelle von Beispiel 1 hervorgeht, hervorragend.
Der Verwendung amorpher Polymerer stand das Vorurteil entgegen, daß die Erweichungstemperaturen der beschichteten Drähte für eine praktische Anwendung zu niedrig seien. Beispielsweise liegen die Erweichungstemperaturen amorpher Polyamide aus Terephthalsäure und Trimethylhexamethylendiamin nur bei 150°C und solcher aus Isophthalsäure, Adipinsäure, Hexamethylendiamin und Isophorondiamin nur bei 165°C; die Erweichungstemperaturen verwandter teilkristalliner Polymerer, z. B. die des Polyamids aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin (Nylon-6,6) dagegen bei 215° C (alle Angaben bezogen auf beschichtete Drähte in obengen. Sinne).
Wie aus untenstehender Tabelle ersichtlich, trägt die vorliegende Erfindung zur Überwindung dieses Vorurteils bei.
Die mit amorphen Polyäthersulphonen beschichteten Drähte weisen Erweichungstemperaturen von ca. 245°C
auf, liegen also in der gleichen Größenordnung wie die in den älteren Anmeldungen erwähnten teilkristallinen Polymeren (z. B. Polyäthylenterephthalat).
Besonders zu beachten ist der hohe Steilanstieg des dielektrischen Verlustfaktors von über 200° C. Die entsprechenden Werte für teilkristalline Polymere liegen deutlich darunter, z. B. für Polyamide höchstens
bei 120° C und für Polyäthylenterephthalat höchstens bei 180°C. Auch der hohe Wärmeschock der amorphen Polyäthersulphone von ca. 250° C ist vorteilhaft
Als Polyäthersulphone kommen Polymere der obengen. Formel zum Einsatz, z. B. solche mit der Struktureinheit
(ΙΠ)
oder solche mit der Struktureinheit
(IV)
in der η jeweils Werte zwischen 50 und 150 bedeutet, deren Herstellung z.B. in der DE-AS 15 45 106 eingehend beschrieben ist
Natürlich können auch Copolymerisate oder Polymermischungen, die aus verschiedenen Einheiten der Formel I aufgebaut sind, zum Einsatz gelangen.
Zwecks Erzielung bestimmter Effekte kann es angebracht sein, den Polyäthersulfphonen geringe Mengen sonstiger Stoffe, vorzugsweise Hilfsstoffe, zuzumischen — beispielsweise Siliconharz zur Verlaufsverbesserung, Stabilisatoren und Flammschutzmittel.
Da in der Praxis gelegentlich farbige Wickeldrähte zum Einsatz kommen, kann auch die Mitverwendung von Farbstoffen bzw. Pigmenten angezeigt sein; wie z. B. Titandioxid oder Zinksulfid.
Auch Füllstoffe, wie z. B. Kaolin, Talkum, Kreide, Schwerspat, Gneis, Glimmer, Glasmehl, Glaskugeln oder kurzgeschnittene Glasfasern oder Gemisch dieser Füllstoffe, u. a. in Mengen von ca. 1 -30%, können dem Polyäthersulphon zugesetzt werden. Zwecks Erzielung besonderer Effekte können auch hoch- oder nichtschmelzende Polymere, wie z. B. Polytetrafluoräthylen oder Polyimide als Füllstoffe zugesetzt werden.
Wie aus dem Beispiel im einzelnen ersichtlich, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung qualitativ hochwertiger Wickeldrähte bei entscheidend verbesserter Wirtschaftlichkeit. Bez. der verwendeten Extrusionsvorrichtung wird auf die Anmeldung »Extrusionsanlagen zum Fertigen von Wikkeldrähten« (DE-OS 27 28 883) verwiesen.
Es sei noch erwähnt, daß für die neuen im Extrusionsverfahren isolierten Wickeldrähte z. Z. keine speziellen Prüfanforderungen vorliegen. Die Prüfung erfolgt gemäß DIN 46 453, Teil 1, für lackisolierte Wickeldrähte, zumal die im Extrusionsverfahren isolierten Wickeldrähte für die gleichen Anwendungsgebiete wie erstere zum Einsatz kommen.
Beispiel 1
Ein Polyäthersulphon der Formel
wurde in den Einfüllstutzen eines in der DE-OS 27 28 883 im Detail beschriebenen Extruders eingegeben.
Die Extrudertemperaturen vom Einlauf bis zur Düse betragen an den einzelnen Temperaturmeßstellen 315° C/ 340° C/ 350° C/ 340° C/ 350° C/ 370° C.
Zum Einsatz gelangte weichgeglühter Kupferdraht von 0,6 mm Durchmesser, der über eine Abspulvorrichtung zunächst eine Vorheizstrecke — in der der Draht auf ca. 2400C bei einer Verweilzeit von 0,5 s erhitzt wurde — und nach Passieren der Beschichtungszone im Extruderkopf eine Abstreiferdüse, die die Schichtstärke reguliert, durchlief.
Nach Passieren einer Kühlstrecke wurde der beschichtete Draht aufgespult; die Abzugsgeschwindigkeit betri'g 200 m/min.
Die aufgetragene Gesamtschichtstärke »(Durchmesserzunahtne)« betrug 54 μηι und entsprach somit Grad 2 nach DIN 46 435 von April 1977.
Eigenschaften des Wickeldrahtes
Sofern nicht anders vermerkt alle Werte gemäß DlN 46 453, Teil 1, von April 1977.
Härte Beispiel H
Resthärte nach Einwirkung
40 (jeweils 30 min/60°C) von:
Äthanol H
Wasser H
Erweichungstemperatur 2450C
Haftung beim Reißen in Ordnung
45 Haftung nach Dehnung Nach linearer Deh
nung von 15% und
Wickeln um den eige
nen Durchmesser:
in Ordnung
50 Wärmeschock
(nach Wickeln um den
eigenen Durchmesser) bei 25O0C in Ordnung
Steilanstieg des dielek
trischen Verlustfaktors 21O0C
55 Extraktion mit fluoriertem
Kohlenwasserstoff 0.11%
Durchschlagspannung (Twist)
bei Normaltemperatur 6,2 kV
60 bei 150° C 5,2 kV
2
Polyäthersulphon der in Beispiel 1 aufgeführten Formel, pigmentiert mit 2% Titandioxid wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, verarbeitet. Die Extrudertemperaturen vom Einlauf bis zur Düse betrugen 300° C/ 330°C/ 340JC/ 35O0C/ 35O0C/ 360°C , die Gesamtschichtstärke »(Durchmesserzunahme)« betrug 62 μπι.
Die Wickeldrahteigenschaften waren sehr ähnlich der des ungefüllten Materials.
Geringfügige Unterschiede ergaben sich nur in folgenden Werten:
Erweichungstemperatur
Haftung und Dehnbarkeit
Steilanstieg des dielektrischen Verlustfaktor
Durchschlagspannung bei
Normaltempcratur
bei 1500C
Extraktion mit fluoriertem
gemessen).
2400C
i ;ach linearer Dehnung von 25% und Wickeln um den eigenen Durchmesser: in Ordnung
220° C
6,OkV 5,2 kV Kohlenwasserstoff Die Extrudertemperaturen entsprachen Beispiel 3, die Gesamtschichtstärke »(Durchmesserzunahme)« betrug 55 μπι.
Eigenschaften des Wickeldrahtes
Härte H
Resthärte nach Einwirkung
(jeweils 30 min/60°C) von:
Äthanol H
ίο Wasser H
Erweichungstemperatur 245°C
Haftung beim Reißen in Ordnung
Haftung nach Dehnung Nach linearer Dehnung von 15% und Wickeln um den eigenen Durchmesser: nicht in Ordnung
Beispiel 3
Polyäthersulphon der in Beispiel 1 aufgeführten Formel, pigmentiert mit 10% Titandioxid, wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verarbeitet.
Die Extrudertemperaturen vom Einlauf bis zur Düse betrugen 315° C/ 340° C/ 350° C/ 350° C/ 350° C/ 370^C. Die Gesamtschichtstärke »(Durchmesserzunahme)« betrug 52 μπι.
Eigenschaften des Wickeldrahtes
Härte
Resthärte nach Einwirkung
(jeweils 30 min/60°C) von:
Äthanol
Wasser
Erweichungstemperatur
Haftung beim Reißen
Haftung nach Dehnung
Wärmeschock
(nach Wickeln um den
eigenen Durchmesser)
Steilanstieg des dielektrischen Verlustfaktors
Durchlagsspannung (Twist)
bei Normaltemperatur
bei 25O0C in Ordnung
215
3,9 kV
25
Beispiel 5
Steilanstieg des dielektrischen Verlustfaktors
Durchschlagspannung (Twist)
bei Normaltemperatur
H H
245° C in Ordnung Nach linearer Dehnung von 15% und Wickeln um den eigenen Durchmesser: in Ordnung
220-225 4,IkV Polyäthersulphon der in Beispiel 1 angeführten chemischen Struktur, pigmentiert mit 10% Zinksulfid wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verarbeitet.
Die Extrudertemperaturen entsprachen Beispiel 3, die Gesamtschichtstärke »(Durchmesserzunahme)« betrug 51 μπι.
35
Eigenschaften des Wickeldrahtes
40
Härte
Resthärte nach Einwirkung
(jeweils 30 min/60°C von:
Äthanol
Wasser
Erweichungstemperatur
Haftung beim Reißen
Haftung
45
Beispiel 4
Polyäthersulphon der in Beispiel 1 angeführten Formel, gefüllt mit 10% calciniertem Kaolin, wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verarbeitet.
Wärmeschock
(nach Wickeln um den
eigenen Durchmesser)
Steilanstieg des dielektrisehen Verlustfaktors
H H
2400C in Ordnung
Wickeln um den eigenen Durchmesser: in Ordnung
bei 2500C in Ordnung 210-215

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verwendung von amorphen Polyäthersulphonen der allgemeinen Formel
    ^-X-O- Ar— O 4—
    (D
    in der Ar einen zweiwertigen Phenylen-, Dipheny- len- oder Naphthylenrest oder einen zweiwertigen Rest der Formel II
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